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水位、水泵的控制方式与节能的关系

  网站变频器论坛上有个“水泵电机变频调速节能问题”的帖子,大致意思是:一个水泵液位调节系统,从节能和使用方面考虑,水泵的液位控制,是连续运行好呢?还是启停运行好?

  水位(水压)控制的目的是为了保持水泵供水流量的稳定,实质是个保持物料的平衡问题。不管采用什么调节、控制手段,最终结果反映的仍然是水泵的耗电。

  dlr回帖中所说的连续调节和断续调节是针对被控量的作用而言的,为便于区分,特把连续调节和断续调节分别更正为连续控制和断续控制。因此楼主所说的启停控制,应该是属于有中间区的双位控制系统,虽然是用水泵的启、停来控制水位,尽管其启停频繁,但在控制中肯定还是有个水位的上、下限的。

  为什么连续控制比断续控制效果好,可从以下几方面来看:

  一.从控制的质量要求

  双位控制的过渡过程是断续控制作用下的等幅振荡过程。被控量水位总在上、下限之间振荡,如果设定的水位上、下限范围越小,或者用水量越大,其振荡频率越高,则水泵的启、停越频繁,对电网和机械的冲击越大;这样的控制系统水泵是断续运转的,对水位也是断续控制的。

  如果采用连续控制,则被控量水位是可以连续地被控制,由于反馈控制是按水位的偏差进行控制,偏差是控制的依据,只要水位偏离给定值,系统就会产生控制作用,力图消除偏差的存在,所以其能将水位稳定在我们所要求的设定值上。也就是说变频调速供水系统能够通过PI控制功能,自动地保持供水与用水之间的平衡。其控制精度高,水位波动小。这样的控制系统水泵是连续运转的, 对水位也是连续控制的。

  二.从水泵的节能效果看

  用得最普遍的是离心式水泵,离心式水泵属于平方律负载。水泵最主要的参数是流量和扬程,供水功率与流量和扬程的乘积成正比。我们先了解下扬程特性和管阻特性。扬程特性反应了用水流量的大小对扬程的影响,即用水量越大,则供水系统的扬程将越小;水泵的转速下降,其供水能力也会下降,扬程特性将下移。而管阻特性就是为了在管路内得到一定的流量所需要的扬程;管阻特性与管道粗细、长短,阀门开度有关。

  通常对水泵的流量调节有阀门调节和调速调节两种方式,我们来看看其是怎样运行的。

  1.变阀门调节:

  启动水泵后,观察水泵出口的压力,根据压力表指示来开大或关小水泵出口阀门来调节流量,而水泵的转速则是保持不变的(即大多为电机的额定转速)。其实质就是水泵本身的供水能力不变,而是通过改变水路中的管阻大小来改变流量,以满足用水量,这时管阻特性会变化,但扬程特性是不变的。启、停控制就是属于阀门控制的形式,只不过固定阀门开度后,而不常去调节阀门开度而已。

  2.变速度调节:

  用变频器对水泵进行调速,则是通过改变水泵的转速来调节流量,而水泵出口阀门是全开的。转速调节是通过改变水泵的供水能力来适应生产对流量的需求,当水泵的转速改变时,扬程特性将会改变,而管阻特性是不变的。

  比较以上两种方式,在所需流量小于额定流量的情况下,转速调节时的扬程将减小,而阀门调节时的扬程将增大。转速调节所需要的供水功率比阀门调节方式小得多,`因为此时水泵的效率几乎不变,流量随转速按一次方规律变化,而轴功率按三次方规律变化。即电动机的负载功率为:

  这就是变频调速供水有节能效果的原因。但这只是个理想公式,其并不能代表变频调速的节能效果有如此之好,原因是异步电动机在轻载时的效率与功率因数都较低。再者供水系统是由多个环节组成的;还有就是变频器的参数如果调整得不佳,仍会出现“大马拉小车”的情况,这些问题对节能效果都是有影响的。再者阀门调节和变频调节时的空载功率也不可能完全一样,只是其属于共有的, 所以我们可以将其忽略不进行比较而已。

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